机电一体化习题及全解.doc

例2—1 试设计一数控铣床工作台进给用滚珠丝杠副。已知平均工作载荷Fm＝3800N，丝杠工 作长度l＝1.2m，平均转速nm=l00r/min，最大转速nmax＝10000r／min，使用寿命Lh’=15000h 左右，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58～62HRC，传动精度要求σ＝±0.03mm。 解： （1）求计算载荷FC 查表2-4决定选D级精度丝杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0 （2）计算额定动载荷 （3）初选丝杠 FC1-5006-3 Ca=21379N FC1-5008-2.5 Ca=22556N FC1-4005-5 Ca=21183N 考虑各种因素选用FC1-5006-3，由表2-9得 D0=50mm, P=6mm, d0=3.969mm, λ=2°11′, R=(0.52~0.58)d0=0.52×3.969=2.067mm (取0.52), e=0.707(R-0.5d0)=0.056mm 3）此外滚珠丝杠副还受D0 n值的限制，通常要求D0 n7×104mm D0 n=50×100mm·r/min=5×103mm·r/min7×10 所以该丝杠副工作稳定。 （5）刚度校验 其中截面积 极惯性矩 转矩 取最不利的情况 所以该丝杠刚度满足要求。 效率校验 η要求在90%~95%之间。所以该丝杠效率满足要求。 经验证FC1-5006-3型丝杠可满足要求。习题2-7试设计某数控机床工作台进给用滚珠丝杠副。已知平均工作载荷Fm=4000N，丝杠工作长度l=2m，平均转速=120r/min，每天开机6小时，每年300个工作日，要求工作8年以上，丝杠材料为CrWMn钢，滚道硬度为58~62HRC，丝杠传动精度为±0.04mm. 解法一：设滚珠丝杠副采用采用一端固定一端游动方式， （1）求计算载荷FC 查表2-4决定选D级精度丝杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0 （2）计算额定动载荷 （3）初选丝杠 FC1-5008-2.5 Ca=22556N FC1-6308-3 Ca=29715N 考虑各种因素选用FC1-6308-3，由表2-9得 D0=63mm, P=8mm, d0=4.763mm, λ=2°19′, R=(0.52~0.58)d0=2.477mm(取0.52), e=0.707(R-0.5d0)=0.0675mm, d1=D0+2e-2R=58.18mm (4) 校验 稳定性校验 由于一端轴向固定的长丝杠在工作时可能会发生失稳，所以在设计时应验算其安全系数S，其值应大于丝杠副传动结构允许安全系数[S](见表2—10)。 临界载荷Fcr (N)计算： 查表2—10，μ=2/3，fc=3.937,，[s]：2.5～3.3。 丝杠是安全的，不会失稳。 高速长丝杠工作时可能发生共振，因此要求最高转速小于临界转速 本题未已知最高转速，所以需计算出临界转速以决定运行的最高转速 所以运行的最高转速应低于5000r/min. D0 n=63×120mm·r/min=7560mm·r/min7×104mm 所以该丝杠副工作稳定。 刚度校验 其中截面积 极惯性矩 转矩 取最不利的情况 所以该丝杠刚度满足要求。 效率校验 η要求在90%~95%之间。所以该丝杠效率满足要求。 经验证FC1-6308-3型丝杠可满足要求。 解法二：设滚珠丝杠副采用采用两端固定方式， （1）求计算载荷FC 查表2-4决定选D级精度丝杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0 （2）计算额定动载荷 （3）初选丝杠 FC1-5008-2.5 Ca=22556N FC1-6308-3 Ca=29715N 考虑各种因素选用FC1-6308-3，由表2-9得 D0=63mm, P=8mm, d0=4.763mm, λ=2°19′, R=(0.52~0.58)d0=2.477mm(取0.52), e=0.707(R-0.5d0)=0.0675mm, d1=D0+2e-2R=58.18mm (4) 校验 由于采用两端固定形式，所以稳定性不需要校验，只需要进行刚度和效率校验。 刚度校验 其中截面积 极惯性矩 转矩 取最不利的情况 所以该丝杠刚度满足要求。 效率校验 η要求在90%~95%之间。所以该丝杠效率满足要求。 经验证FC1-6308-3型丝杠可满足要求。 习题2-9请根据以下条件选择HJG-D系列滚动直线导轨。作用在滑座上的总载荷=18000N，滑座数M=4，单向行程长度ls=0.8m，每分钟往返次数为3，工作温度不超过120℃，工作速度为40m